AT517186A1 - Gripper with at least one clamping element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Greifer (1) mit zumindest einem ersten Klemmelement (2) und zumindest einem zweiten Klemmelement (3), wobei das zumindest eine erste Klemmelement (2) an einer ersten Seite eines Klemmspaltes (4) und das zumindest eine zweite Klemmelement (3) an einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Klemmspaltes (4) angeordnet ist, wobei zumindest eines der Klemmelemente (2, 3) in Segmente (5, 6) unterteilt ist, die zumindest in einer zu einer Längserstreckung des Klemmspaltes (4) parallelen Richtung voneinander getrennt sind.The invention relates to a gripper (1) having at least one first clamping element (2) and at least one second clamping element (3), wherein the at least one first clamping element (2) on a first side of a clamping gap (4) and the at least one second clamping element (2). 3) is arranged on a second, the first side opposite side of the clamping gap (4), wherein at least one of the clamping elements (2, 3) in segments (5, 6) is divided, at least in one to a longitudinal extent of the clamping gap (4 ) parallel to each other.
Description
Die Erfindung betrifft einen Greifer mit zumindest einem ersten und zumindest einem zweiten Klemmelement, wobei das zumindest eine erste Klemmelement an einer ersten Seite eines Klemmspaltes und das zumindest eine zweite Klemmelement an einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Klemmspaltes angeordnet ist.The invention relates to a gripper with at least one first and at least one second clamping element, wherein the at least one first clamping element is arranged on a first side of a clamping gap and the at least one second clamping element on a second, the first side opposite side of the clamping gap.
Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Werkstückes aus zumindest einem folienförmigen Material, wobei die Vorrichtung eine dem Werkstück entsprechende Form für das folienförmige Material aufweist.Furthermore, the invention relates to a device for producing a workpiece from at least one sheet-like material, wherein the device has a shape corresponding to the workpiece for the film-shaped material.
Darüber hinaus hat die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes aus einem folienförmigen Material zum Gegenstand.In addition, the invention has a method for producing a workpiece from a film-shaped material to the object.
Unter dem Begriff Folie bzw. folienförmig wir in dem vorliegenden Zusammenhang eine flächige Struktur verstanden, die zumindest in Längsrichtung, bevorzugt auch in Querrichtung, biegsam ausgebildet ist, insbesondere Gewebe und vorimprägnierte Gewebe, Prepreg, textile Materialien etc.The term film or film-like in the present context, a flat structure understood that is flexible, at least in the longitudinal direction, preferably also in the transverse direction, in particular fabric and pre-impregnated fabric, prepreg, textile materials, etc.
In vielen Industriebereichen kommen heute Faserverbundwerkstoffe zum Einsatz, insbesondere in der Luftfahrt und der Automobilindustrie werden derartige Werkstoffe aufgrund ihres hohen Leichtbaupotentials immer häufiger eingesetzt. Die Herstellung von Bauteilen aus Faserverbund mit hohen Stückzahlen erfordert die Entwicklung neuer, automatisierter Verfahren, um eine kosteneffiziente Produktion zu ermöglichen.Today, fiber composite materials are used in many industrial sectors. Especially in aviation and the automotive industry, such materials are being used more and more frequently due to their high lightweight potential. The high volume production of fiber composite components requires the development of new, automated processes to enable cost efficient production.
Zur automatisierten Herstellung von Faserverbundbauteilen mit Kohlenstoff- oder Glasfaserhalbzeugen sind Prozesse notwendig, die eine definierte Ablage der textilen Materialien auf eine dreidimensional geformte Oberfläche ermöglichen.For the automated production of fiber composite components with carbon or glass semi-finished products processes are necessary that allow a defined storage of textile materials on a three-dimensionally shaped surface.
Bei der Herstellung von Rotorblättern von Windenergieanlagen ist es beispielsweise bekannt, zur Erhöhung der Beulsteifigkeit Gurte in Längsrichtung entlang der Rotorblattinnenwandung aufzubringen. Diese Gurte werden üblicherweise aus Gelegebändern konstanter Breite im Laminierverfahren hergestellt. Bei derartigen Gelegebändern kann es sich beispielsweise um Laminate aus GFK Folien handeln. Neben der Herstellung von Rotorblättern können aus diesen Gelegebändern Gurte als Verstärkungs- oder strukturgebende Elemente auch bei zahlreichen anderen Anwendungen, wie beispielsweise in der Automobilindustrie, zum Einsatz kommen. Bei der Umformung von ebenen 2D-Halbzeugen in eine zweifach gekrümmte 3D-Form muss das Material allerdings deformiert werden, damit eine faltenfreie Ablage mit hoher Qualität gelingt. Insbesondere ist es hierfür notwendig, dass das Material Längenunterschiede in der Ablegerichtung auf der Formoberfläche ausgleichen kann, indem einzelne Faserbündel aneinander abgleiten können (Verformung durch Scherung). Dies ist umso wichtiger, je komplexer die Geometrie ist und je breiter der auf einmal abzulegen Streifen des folienförmigen Materials ist.In the manufacture of rotor blades of wind turbines, it is known, for example, to apply belts to increase the buckling rigidity in the longitudinal direction along the rotor blade inner wall. These straps are usually made of constant width gussets in the laminating process. Such gussets may be, for example, laminates of GFRP films. In addition to the production of rotor blades can be used from these gussets belts as reinforcing or structuring elements in many other applications, such as in the automotive industry. However, when forming flat 2D semi-finished products into a doubly curved 3D shape, the material must be deformed to ensure high quality wrinkle-free deposition. In particular, it is necessary for this that the material can compensate for differences in length in the direction of deposition on the mold surface, in that individual fiber bundles can slip against each other (deformation by shearing). This is even more important the more complex the geometry is and the wider the strip of foil-like material that is deposited at one time.
Aus der WO2010129492 A ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei welcher zum Ausbringen/Auslegen der Folie entlang einer länglichen Form mit einem konkaven Querschnitt zur Herstellung eines Gurtes für ein Rotorblatt an einem Ende der Form mehrere Speicherrollen des folienartigen Materials stationär in einem Gestell angeordnet sind. Von jeder dieser Rollen wird eine Folienlage abgezogen und in die Form gelegt. Nach erfolgtem Schichtaufbau werden die einzelnen Folienschichten durch Laminierung miteinander zu dem Gurt verbunden. Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist es, dass es bei einer komplizierteren dreidimensionalen Oberflächengeometrie der Form zu einer Faltenbildung und/oder Verwerfungen des Materials kommen kann. Dies rührt vor allem daher, dass es bei der bekannten Lösung nicht möglich ist, die Folie Abschnittsweise unterschiedlich stark zu spannen bzw. zu dehnen. Bis jetzt sind auch keine Lösungen bekannt geworden, die es ermöglichen eine Folie über eine ganze Kante des Materials zu halten bzw. einzuklemmen und hierbei Bereiche des Materials unterschiedlich zu dehnen.From WO2010129492 A a device of the aforementioned type has become known, in which for applying / laying the film along an elongated shape with a concave cross section for producing a belt for a rotor blade at one end of the mold a plurality of storage rollers of the sheet-like material stationary in a Frame are arranged. From each of these rolls a film layer is peeled off and placed in the mold. After the layer has been built up, the individual film layers are connected to one another by lamination to form the belt. A disadvantage of the known state of the art is that, given a more complicated three-dimensional surface geometry of the mold, wrinkling and / or warping of the material may occur. This is due in particular to the fact that it is not possible in the known solution to stretch or stretch the film in sections to different extents. So far, no solutions have become known which make it possible to hold or pinch a film over an entire edge of the material and thereby stretch areas of the material differently.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und die Ablage von folienartigen Materialien, insbesondere von unidirektionalen Faserhalbzeugen automatisiert auf dreidimensionale Werkzeugoberflächen mit hoher Formkomplexität faltenfrei ablegen zu können.It is therefore an object of the invention to overcome the abovementioned disadvantages of the prior art and to be able to deposit the deposit of film-like materials, in particular unidirectional semifinished fiber products, automatically on three-dimensional mold surfaces with high shape complexity.
Diese Aufgabe wird mit einem Greifer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eines der Klemmelemente in Segmente unterteilt ist, die zumindest in einer zu einer Längserstreckung des Klemmspaltes parallelen Richtung voneinander getrennt sind.This object is achieved with a gripper of the type mentioned according to the invention that at least one of the clamping elements is divided into segments which are separated from each other at least in a direction parallel to a longitudinal extent of the nip direction.
Der segmentierte Greifer ermöglicht es, die während der Ablage des folienförmigen Materials auftretenden Längenunterschiede innerhalb der Bahn auszugleichen. Dies kann durch partielles Herausrutschen einzelner Abschnitte bzw. Fasern oder Faserbündel des Werkstoffes aus der Klemmung geschehen. Die Klemmkraft kann so eingestellt werden, dass die Bahn nicht durch ihr Eigengewicht aus der Klemmung rutscht. Wird die ein Abschnitt aber bei einem Andrücken an eine Form gespannt, kann dieser sich bewegen, bis das Kräftegleichgewicht wieder hergestellt ist. Dabei bleibt der benachbarte Abschnitt bzw. Faserbündel in Position, da auf diesen bzw. dieses keine oder geringere Zugkräfte wirken. Dadurch kann die Längenänderung bei einem Drapieren des folienförmigen Materials innerhalb der Bahn ausgeglichen werden.The segmented gripper makes it possible to compensate for the differences in length occurring within the web during the storage of the film-shaped material. This can be done by partial slipping out of individual sections or fibers or fiber bundles of the material from the clamp. The clamping force can be adjusted so that the web does not slip by its own weight from the clamp. However, if a section is stretched when pressed against a mold, it can move until the equilibrium of forces is restored. In this case, the adjacent section or fiber bundle remains in position, as act on this or this no or less tensile forces. Thereby, the change in length can be compensated for when draping the film-shaped material within the web.
Um eine exakt definierte Dehnbarkeit des folienförmigen Materials über die gesamte Länge des Klemmspaltes zu gewährleisten, kann es vorgesehen sein, dass die Segmente parallel zur Längserstreckung des Klemmspaltes die gleiche Länge aufweisen.In order to ensure a precisely defined extensibility of the film-shaped material over the entire length of the clamping gap, it can be provided that the segments have the same length parallel to the longitudinal extent of the clamping gap.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass sowohl das zumindest eine erste Klemmelement als auch das zumindest eine zweite Klemmelement in Segmente unterteilt sind, die zumindest in einer zu einer Längserstreckung des Klemmspaltes parallelen Richtung voneinander getrennt sind.According to an advantageous variant of the invention, it can be provided that both the at least one first clamping element and the at least one second clamping element are subdivided into segments which are separated from each other at least in a direction parallel to a longitudinal extent of the clamping gap.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jedem Segment des zumindest einem ersten Klemmelements ein Segment des zumindest einen zweiten Klemmelements gegenüberliegt, wobei ein Segment des zumindest einen ersten Klemmelements und ein diesem Segment gegenüberliegendes Segment des zumindest einen zweiten Klemmelements ein Paar von Greifbacken bilden.It is particularly advantageous if each segment of the at least one first clamping element faces a segment of the at least one second clamping element, wherein a segment of the at least one first clamping element and a segment of the at least one second clamping element opposite this segment form a pair of gripping jaws.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die ein Paar von Greifbacken bildenden Segmente in einer normal oder quer zur Längserstreckung des Klemmspaltes verlaufenden Richtung verschiebbar gelagert sind. Da die Greifbacken der Bewegung eines Abschnitts der Folie während eines Spannens folgen können, kann bei dieser Variante der Erfindung verhindert werden, dass die Folie zwischen den Klemmelementen herausrutscht und es zu einer Verschmutzung des Greifers beispielsweise mit einem Harz der Folie kommt.According to a preferred variant of the invention, it may be provided that the segments forming a pair of gripping jaws are displaceably mounted in a direction normal or transverse to the longitudinal extension of the clamping gap. Since the gripping jaws can follow the movement of a portion of the film during clamping, in this variant of the invention can be prevented that the film slips between the clamping elements and it comes to a contamination of the gripper, for example with a resin of the film.
Weiters kann der Greifer ein Messer aufweisen. Auf diese Weise lässt sich eine Kante der Folie, die zwischen den Klemmelementen eingespannt ist, auf einfache Weise beschneiden, sodass ein späteres Besäumen dieser Kante nicht notwendig ist.Furthermore, the gripper may have a knife. In this way, an edge of the film, which is clamped between the clamping elements, easily crop, so that a later trimming this edge is not necessary.
In einerweiteren Ausprägung kann auf das Messer verzichtet werden wenn im Zuschnitt des folienförmigen Materials die unterschiedliche Längenänderung unterschiedlicher Abschnitte des Materials vorgehalten wird. Hier wird über die Werkzeuggeometrie die segmentweise Länge des aufzulegenden folienförmigen Materials mit einem Algorithmus, insbesondere einem CAD-CAM Programms ermittelt und der Zuschnitt so gewählt das die über die Scherung des Materials entstehende Kante die Bauteilkante bildet. Die entstehende Bauteilkantengenauigkeit ist von der Segmentierung des Greifers abhängig. Der Vorteil dieses Verfahrens ist der Wegfall von Abfallstücken und der Einsparung von Material sowie der gewonnen Prozesszeit, da der Zuschnitt hauptzeitparallelstattfindet.In a further embodiment can be dispensed with the knife when the blank of the sheet-shaped material, the different change in length of different sections of the material is kept. Here, the tool geometry determines the segmental length of the film-shaped material to be applied using an algorithm, in particular a CAD-CAM program, and the blank is selected such that the edge formed by the shear of the material forms the edge of the component. The resulting component edge accuracy depends on the segmentation of the gripper. The advantage of this method is the elimination of waste and the saving of material as well as the process time gained, since the blank takes place parallel to the main time.
Die oben genannte Aufgabe lässt sich auch mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch lösen, dass sie zumindest einen Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.The above object can also be achieved with a device of the type mentioned in the present invention in that it has at least one gripper according to one of claims 1 to 6.
Ein Aufnehmen der konfektionierten Folie sowie ein Transportieren der aufgenommenen Folie zu der Form und ein Ablagen der Folie auf der Form mittels des Greifers lassen sich dadurch bewerkstelligen, dass der zumindest eine Greifer zumindest in zwei zueinander orthogonal verlaufende Richtungen linear bewegbar gelagert ist.Picking up the prefabricated film and transporting the recorded film to the mold and depositing the film on the mold by means of the gripper can be accomplished by the at least one gripper being mounted so as to be linearly movable at least in two mutually orthogonal directions.
Ein optimales der Kontur der Form angepasstes Ablegen der Folie bzw. des Materials auf der Form lässt sich dadurch bewerkstelligen, dass der zumindest eine Greifer zumindest eine um zumindest eine Achse drehbar gelagert ist.An optimum laying of the film or of the material on the mold adapted to the contour of the mold can be achieved by the at least one gripper being mounted so as to be rotatable about at least one axis.
Um ein optimales Spannen der Folie bzw. des Materials während des Ablegens auf der Form zu gewährleisten, kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zumindest zwei Greifer und zumindest zwei einander gegenüberliegende Portale aufweist, wobei jeder der Greifer entlang eines der zumindest zwei Portale linear verschiebbar ist. Jeder der zumindest zwei Greifer ist hierbei bevorzugt gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 ausgebildet.In order to ensure optimum tensioning of the film or of the material during placement on the mold, it can be provided that the device has at least two grippers and at least two opposing portals, wherein each of the grippers can be linearly displaced along one of the at least two portals is. Each of the at least two grippers is in this case preferably designed according to claims 1 to 6.
Gemäß einer günstigen Ausführungsform der Erfindung, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet, kann es vorgesehen sein, dass zwischen den beiden Portalen ein Längsträger der beiden Portale verbindender Querträger angeordnet ist, wobei der Querträger in einer Längserstreckung der Längsträger an diesen verschiebbar gelagert ist, wobei die zumindest zwei Greifer entlang dem Querträger und quer zu der Längserstreckung der Längsträger verschiebbar gelagert sind.According to a favorable embodiment of the invention, which is characterized by a simple structure, it can be provided that between the two portals, a longitudinal beam of the two portals connecting cross member is arranged, wherein the cross member is slidably mounted in a longitudinal extent of the longitudinal members of these, wherein the at least two grippers are displaceably mounted along the cross member and transversely to the longitudinal extension of the side members.
Um ein optimales Spannen der Folie zu gewährleisten, kann es vorgesehen sein, dass die Greifer jeweils in entlang dem Querträger verschiebbaren Führungen vertikal verschiebbar gelagert sind.In order to ensure optimal tensioning of the film, it can be provided that the grippers are each mounted vertically displaceable in displaceable along the cross member guides.
Um die quer zur Längserstreckung entstehende Abweichung bei unterschiedlich stark gekrümmten Werkzeuggeometrien ausgleichen zu können ist es vorteilhaft die Greifer jeweils quer zur Längserstreckung verschiebbar ist. Dies ist insebonde- re dann erforderlich wenn die Greifer an einem gemeinsamen Querträger angeordnet sind. Die Abweichung entsteht durch die unterschiedliche Projektionslänge von gleichen Bogenlängen an unterschiedlich gekrümmten Flächen. Über mehrere parallel zueinander verlaufenden abgelegten Materialstreifen summieren sich diese Abweichungen.In order to be able to compensate for the deviation which arises transversely to the longitudinal extent in tool geometries of different degrees of curvature, it is advantageous for the grippers to be displaceable transversely to the longitudinal extent. This is necessary insebonde- re when the grippers are arranged on a common cross member. The deviation is due to the different projection length of the same arc lengths on differently curved surfaces. Over several parallel deposited strips of material add up these deviations.
Um ein optimales Ablegeergebnis bei stark unterschiedlichen Krümmungen quer zur Längserstreckung zu erreichen ist es vorteilhaft wenn die Folien bzw. das Material auch entlang der Längskante vorkonfektioniert sind. Speziell wenn die Längskante als Bauteilkante zusammenfällt. Durch die nun möglicherweise nicht mehr durchgängigen Folienabschnitte und/oder Faserbündel ist eine Anpassung der Klemmkräfte für den nicht durchgängigen Folienabschnitt vorgesehen.In order to achieve an optimal depositing result with very different curvatures transversely to the longitudinal extent, it is advantageous if the films or the material are also prefabricated along the longitudinal edge. Especially when the longitudinal edge coincides as a component edge. By now possibly no longer continuous film sections and / or fiber bundles an adaptation of the clamping forces for the non-continuous film section is provided.
Weiters kann es vorgesehen sein, dass die Greifer an den Führungen jeweils um zumindest eine, vorzugsweise parallel zu dem Querträger verlaufende, Achse drehbar gelagert sind.Furthermore, it may be provided that the grippers are rotatably mounted on the guides in each case about at least one, preferably parallel to the cross member, extending axis.
Alternativ zur Verwendung von Portalen kann der zumindest eine Greifer auch an zumindest einem Roboterarm angeordnet sein.As an alternative to the use of portals, the at least one gripper can also be arranged on at least one robot arm.
Um das abzulegende Material der Form anzupassen, kann die Vorrichtung zumindest einen mit der Form zusammenwirkenden Anpresskopf für das folienförmige Material aufweisen.In order to adapt the material to be deposited to the mold, the apparatus may comprise at least one cooperating with the mold pressure head for the film-shaped material.
Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn der zumindest eine Anpresskopf zumindest eine Anpressrolle aufweist.To be particularly favorable, it has been found that the at least one pressing head has at least one pressure roller.
Um auf einfache Weise unterschiedliche Legerichtungen des folienförmigen Materials in die Form zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, dass die Form um zumindest eine Achse drehbar gelagert ist.In order to enable different directions of the film-shaped material in the mold in a simple manner, it can be provided that the mold is rotatably mounted about at least one axis.
Ein vorkonfektionieren des Materials lässt sich dadurch einfach erreichen, dass die Vorrichtung eine Halterung für eine Speicherrolle des Materials sowie zumindest eine Schneidevorrichtung zum Zuschneiden des Materials aufweist.A prefabricated material can be achieved simply by the device having a holder for a storage roll of the material and at least one cutting device for cutting the material.
Die oben genannte Aufgabe lässt sich auch mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch lösen, dass in einem Schritt i) eine Bahn des folienförmige Materials zurechtgeschnitten wird und diese Bahn in einem Schritt ii) mittels zweier Greifer, die gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 ausgebildet sind, aufgenommen und über einer Form positioniert wird, wobei in einem Schritt iii) die Bahn mittels eines Anpresskopfes gegen die Form gepresst und mittels Bewegens des Anpresskopfes der Kontur der Form angepasst wird, wobei während Schritt iii) die Bahn mittels der Greifer gespannt wird. Zugleich ist es möglich im Schritt iii) die Ablage von der Längskante der Bahn auf die bereits abgelegte Längskante der zuvor abgelegten Bahn durch Bewegungen der Greifer definiert zu steuern. So kann ein Überlappen von abgelegten Bahnen verhindert werden oder ein definiertes maximales Spaltmass nicht überschritten werden. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 18 durchgeführt werden.The abovementioned object can also be achieved with a method of the type mentioned at the outset by trimming a sheet of the film-shaped material in a step i) and this web in a step ii) by means of two grippers which are according to claims 1 to 6 are trained, picked up and positioned over a mold, wherein in a step iii) the web is pressed by means of a pressing head against the mold and adjusted by moving the contact pressure of the contour of the mold, during step iii) the web is tensioned by means of the gripper , At the same time, it is possible in step iii) to control the deposit from the longitudinal edge of the web to the already deposited longitudinal edge of the previously deposited web defined by movements of the grippers. Thus, overlapping of deposited webs can be prevented or a defined maximum gap size can not be exceeded. In particular, the method according to the invention can be carried out with a device according to one of claims 7 to 18.
Um die Möglichkeit unterschiedlicher Längsverschiebungen von Streifen der Bahn des Materials sicher zu stellen, kann es vorgesehen sein, dass vor Schritt ii) in die Bahn zueinander parallele Schnitte eingebracht werden, wobei der Abstand zwischen zwei Schnitten bevorzugterweise kleiner als die Länge eines Segmentes des zumindest einen, in Segmente unterteilten Klemmelementes jedes der Greifer oder gleich groß wie die Länge eines Segmentes des zumindest einen, in Segmente unterteilten Klemmelementes jedes der Greifer ist. Um die Position der Abschnitte zueinander zu halten ist es vorteilhaft wenn die Schnitte abgesetzt sind. Die Längsschnitte reduzieren somit die Scherfestigkeit zwischen zwei Abschnitten und können auch in der Tiefe nicht durchgängig ausgeführt werden.In order to ensure the possibility of different longitudinal displacements of strips of the material web, it may be provided that parallel cuts are made in the web before step ii), the distance between two cuts preferably being smaller than the length of a segment of the at least one segmented clamping member, each of the grippers, or equal to the length of a segment of the at least one segmented clamping member, is each of the grippers. In order to keep the position of the sections to each other, it is advantageous if the cuts are discontinued. The longitudinal cuts thus reduce the shear strength between two sections and can not be performed consistently in depth.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.For a better understanding of the invention, this will be explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:In each case, in a highly simplified, schematic representation:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen Greifers;Fig. 1 is a perspective view of a first variant of a gripper according to the invention;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Greifers;2 shows a perspective view of a second variant of a gripper according to the invention;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Fig. 3 is a perspective view of a device according to the invention.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche oder gleichartige Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.By way of introduction, it should be noted that in the differently described embodiments identical or similar parts are provided with the same reference numerals or identical component names, wherein the disclosures contained in the entire description can be mutatis mutandis to the same parts with the same reference numerals or component names. Also, the location information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc. related to the immediately described and illustrated figure and these position information in a change in position mutatis mutandis to transfer to the new location.
Gemäß Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßer Greifer 1 ein erstes Klemmelement 2 und ein zweites Klemmelement 3 auf. Das erste Klemmelement 2 ist an einer ersten Seite eines Klemmspaltes 4 und das zweite Klemmelement 3 an einer der gegenüberliegenden Seite des Klemmspaltes 4 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist das Klemmelement 2 in Segmente 5 unterteilt, die zumindest in einer zu einer Längserstreckung des Klemmspaltes 4 parallelen Richtung voneinander getrennt sind. Das zweite Klemmelement 3 ist in der dargestellten Ausführungsform als Rolle ausgebildet. Die einzelnen Segment 5 können alle mit derselben Kraft oder mit unterschiedlichen Kräften beaufschlagt sein, dies kann beispielsweise mittels entsprechender Aktoren, beispielsweise hydraulischer, pneumatischer, hydropneumatischer Zylinder oder mechanischer oder elektromechanischer Aktoren erfolgen. Auch können die einzelnen Segmente 5 alle gemeinsam oder jedes für sich mit einer Feder belastet sein, welche die Segmente 5 gegen das zweite Klemmelement 3 drückt.According to FIG. 1, a gripper 1 according to the invention has a first clamping element 2 and a second clamping element 3. The first clamping element 2 is arranged on a first side of a clamping gap 4 and the second clamping element 3 on one of the opposite side of the clamping gap 4. In the illustrated embodiment, the clamping element 2 is divided into segments 5, which are separated from one another at least in a direction parallel to a longitudinal extension of the clamping gap 4. The second clamping element 3 is formed in the illustrated embodiment as a roller. The individual segment 5 can all be subjected to the same force or with different forces; this can be done, for example, by means of corresponding actuators, for example hydraulic, pneumatic, hydropneumatic cylinders or mechanical or electromechanical actuators. Also, the individual segments 5 can all be jointly or individually loaded with a spring which presses the segments 5 against the second clamping element 3.
Durch die Trennung der Segmente 5 ist es möglich, dass sich bei lokal unterschiedlichen auf ein, in dem Greifer 1 gehaltenes Material wirkenden Zugkräfte einzelne Abschnitte des Materials, welche in ihrer Breite jeweils einem Segment 5 entsprechen, gegeneinander verschieben und somit in ein und demselben Materi al unterschiedliche Längsdehnungen bzw. Längsverschiebungen des Materials zu realisieren.As a result of the separation of the segments 5, it is possible that with locally different tensile forces acting on a material held in the gripper 1, individual sections of the material, which in each case correspond to a segment 5 in their width, move against each other and thus into one and the same material al different longitudinal expansions or longitudinal displacements of the material to realize.
Der Greifer 1 bzw. der Klemmspalt 4 kann mittels eines oder mehrerer Aktoren geöffnet werden, welcher bzw. welche hierzu das erste Klemmelement 2 und/oder das zweite Klemmelement 3 bewegen.The gripper 1 or the clamping gap 4 can be opened by means of one or more actuators, which or which for this purpose move the first clamping element 2 and / or the second clamping element 3.
Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, können die Segmente 5 parallel zur Längserstreckung des Klemmspaltes die gleiche Länge aufweisen.As can also be seen from FIG. 1, the segments 5 can have the same length parallel to the longitudinal extent of the clamping gap.
Gemäß Fig. 2 können sowohl das erste Klemmelement 2 als auch das zweite Klemmelement 3 in Segmente 5, 6 unterteilt sein, die zumindest in einer zu einer Längserstreckung des Klemmspaltes 4 parallelen Richtung voneinander getrennt sind. Jedem Segment 5 des ersten Klemmelements 2 kann hierbei ein Segment 6 des zweiten Klemmelements 3 gegenüberliegen. Ein Segment 5 des ersten Klemmelements 2 und ein Segment 6 des zweiten Klemmelements 3 bilden jeweils ein Paar von Greifbacken zwischen welchen ein folienartiges Material, insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff, eingeklemmt werden kann. Die ein Paar von Greifbacken bildenden Segmente 5, 6 können normal oder quer zur Längserstreckung des Klemmspaltes 4 verschiebbar gelagert sein. Auf diese Weise können die Greifbacken im Fall einer auf den darin eingeklemmten Abschnitt des Materials wirkenden Zugkraft sich in Richtung dieser Zugkraft bewegen. Dies verhindert Verschmutzungen, die auftreten können, falls die Segmente 5, 6 in Richtung der Zugkraft unbeweglich in dem Greifer 1 angeordnet wären. Derartige Verschmutzungen können daher rühren, dass ein Abschnitt des eingeklemmten Materials aus einem Paar von Segmenten 5, 6 herausgezogen und ein als Matrix dienendes Material des Materials, beispielsweise Harz, abgestriffen werden könnte.According to FIG. 2, both the first clamping element 2 and the second clamping element 3 can be subdivided into segments 5, 6, which are separated from each other at least in a direction parallel to a longitudinal extension of the clamping gap 4. Each segment 5 of the first clamping element 2 can in this case a segment 6 of the second clamping element 3 are opposite. A segment 5 of the first clamping element 2 and a segment 6 of the second clamping element 3 each form a pair of gripping jaws between which a film-like material, in particular of a fiber composite material, can be clamped. The segments 5, 6 forming a pair of gripping jaws can be displaceably mounted normal or transversely to the longitudinal extension of the clamping gap 4. In this way, in the case of a tensile force acting on the portion of the material clamped therein, the gripping jaws can move in the direction of this pulling force. This prevents soiling, which could occur if the segments 5, 6 were arranged immovably in the direction of the tensile force in the gripper 1. Such soils may be due to a portion of the clamped material being pulled out of a pair of segments 5, 6 and a matrix material of the material, such as resin, being scraped off.
Durch die lineare Beweglichkeit der Segmente 5, 6 quer zum Klemmspalt 4 kann der in Fig. 2 dargestellte Greifer 2 in Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten (passiven) Greifer durch Verschieben mindestens eines Paars von Greifbacken aktiv eine Zugkraft erzeugen und so nebeneinander liegende Faserbündel des Materials gegeneinander in einer Längsrichtung verschieben. Die einzelnen Paare von Greifbacken, die durch die Segmente 5, 6 gebildet sind, können hierzu einzeln angesteuert bzw. einzeln mittels Aktoren verschoben werden.Due to the linear mobility of the segments 5, 6 transversely to the nip 4, the gripper 2 shown in FIG. 2, in contrast to the (passive) gripper shown in FIG. 1, can actively generate a tensile force by displacing at least one pair of gripping jaws and thus lying next to one another Move fiber bundles of material against each other in a longitudinal direction. The individual pairs of jaws, which are formed by the segments 5, 6, for this purpose can be controlled individually or moved individually by means of actuators.
Darüber hinaus kann der Greifer 1 ein Messer aufweisen, um eine Kante eines eingeklemmten Materials beschneiden zu können.In addition, the gripper 1 may have a knife to cut an edge of a clamped material can.
Nach Fig. 3 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 8 zur Herstellung eines Werkstückes aus einem folienförmigen Material, beispielsweise einem Prepreg oder einem anderen textilen mit einem Harz versehenen Material, eine dem Werkstück entsprechende Form 9 auf, in welche das Material gelegt wird. Weiters weist die Vorrichtung 8 zwei Greifer 1 auf, die beide so wie oben beschrieben und in Fig.1 oder Fig. 2 dargestellt ausgebildet sein können.Referring to Fig. 3, an apparatus 8 according to the invention for producing a workpiece from a sheet-like material, for example a prepreg or other textile material provided with a resin, has a mold 9 corresponding to the workpiece into which the material is placed. Furthermore, the device 8 has two grippers 1, both of which can be designed as described above and in FIG. 1 or FIG.
Die Greifer 1 können mindestens in zwei zueinander orthogonal verlaufende Richtungen linear bewegbar gelagert und um mindestens eine Achse drehbar gelagert sein. Die Bewegungsrichtungen der Greifer 1 sind in Fig. 3 mit Pfeilen angedeutet.The grippers 1 can be mounted to be linearly movable at least in two mutually orthogonal directions and to be rotatable about at least one axis. The directions of movement of the gripper 1 are indicated in Fig. 3 with arrows.
Die Greifer 1 können beispielsweise an zwei einander gegenüberliegende Portalen 10 der Vorrichtung 8 linear verschiebbar angeordnet sein. Zwischen den beiden Portalen 10 kann ein zwei Längsträger 11 der Portale verbindender Querträger 12 angeordnet sein. Der Querträger 12 kann in einer Längserstreckung der Längsträger 11 an diesen verschiebbar geführt sein. Die Greifer 1 wiederum können entlang dem Querträger 12 und quer zu der Längserstreckung der Längsträger 11 verschiebbar gelagert sein. Darüber hinaus können die Greifer 1 jeweils in entlang dem Querträger 12 verschiebbaren Führungen 13 vertikal verschiebbar sein. Auch können die Greifer 1 an den Führungen 13 jeweils um zumindest eine, vorzugsweise parallel zu dem Querträger 12 verlaufende, Achse drehbar gelagert sein. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass anstelle der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsformen mit Portalen 10 auch Ausführungsformen ohne diese Portale möglich sind, wobei die Greifer 1 beispielsweise an zumindest einem Roboterarm angeordnet sein können.The grippers 1 can be arranged linearly displaceable, for example, on two opposing portals 10 of the device 8. Between the two portals 10, a two longitudinal beams 11 of the portals connecting cross member 12 may be arranged. The cross member 12 may be guided in a longitudinal extension of the longitudinal member 11 to this slidably. The grippers 1, in turn, can be displaceably mounted along the cross member 12 and transversely to the longitudinal extent of the longitudinal members 11. In addition, the gripper 1 can be vertically displaced in each case along the cross member 12 slidable guides 13. Also, the gripper 1 can be rotatably mounted on the guides 13 in each case by at least one, preferably parallel to the cross member 12 extending axis. It should be noted at this point that instead of the embodiments shown in FIG. 3 with portals 10, embodiments without these portals are also possible, wherein the grippers 1 can be arranged, for example, on at least one robot arm.
Die Vorrichtung 8 weist einen mit der Form 9 zusammenwirkenden Anpresskopf 14 für das Material auf. Der Anpresskopf 14 kann beispielsweise eine Anpress rolle 15 aufweisen. Die Form 9 kann um eine (vertikale) Achse drehbar gelagert sein. Weiters kann die Vorrichtung 8 eine Halterung 16 für eine Speicherrolle 17 des Materials sowie zumindest eine Schneidevorrichtung zum Zuschneiden des Materials aufweisen. Die Halterung 16 ist in Fig. 3 durch eine querdurch die Speicherrolle 17 verlaufende Drehachse angedeutet.The device 8 has a cooperating with the mold 9 pressing head 14 for the material. The pressing head 14 may, for example, a roll Anpress 15 have. The mold 9 can be rotatably mounted about a (vertical) axis. Furthermore, the device 8 may comprise a holder 16 for a storage roll 17 of the material and at least one cutting device for cutting the material. The holder 16 is indicated in Fig. 3 by a transverse through the storage roller 17 extending axis of rotation.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes 19 wird in einem Schritt i) eine Bahn 18 des Materials zurechtgeschnitten. Das Material kann beispielsweise von der Speicherrolle 17 abgezogen und mittels der in dem letzten Absatz erwähnten Schneidevorrichtung zugeschnitten werden. Die Bahn 18 wird in einem Schritt ii) mittels der Greifer 1, erfasst und über der Form 9 positioniert. In einem Schritt iii) wird die Bahn 18 mittels eines Anpresskopfes 14 gegen die Form 9 gepresst und mittels Bewegens des Anpresskopfes der Kontur der Form angepasst, hierbei wird die Bahn 18 mittels der Greifer 1 gespannt. Das Ablegen der Bahn 18 kann computergesteuert erfolgen und mit einer Kamera beispielsweise hinsichtlich einer Spalten- oder Faltenbildung überwacht werden und die Greifer 1 entsprechend gesteuert werden, um Fehler bei dem Anpassen der Bahn 18 an die Form 9 zu verhindern. Dabei erfolgt ein automatischer Ausgleich der Längenunterschiede in der Bahn durch die Greifer zum Vermeiden von Falten bei der Ablage. Nach erfolgtem Ablegen der Bahn 18 können die Greifer 1 wieder in eine Aufnahmeposition zurückfahren und eine neue Bahn 18 aufnehmen. Die für die Ablage von Faserhalbzeugen auf einer nicht abwickelbaren Geometrie notwendigen Schritte und Komponenten sind hierbei räumlich und zeitlich voneinander getrennt.According to the method according to the invention for producing a workpiece 19, in a step i) a web 18 of the material is cut to size. For example, the material may be withdrawn from the storage roll 17 and trimmed by means of the cutting device mentioned in the last paragraph. The web 18 is detected in a step ii) by means of the gripper 1, and positioned over the mold 9. In a step iii), the web 18 is pressed by means of a pressing head 14 against the mold 9 and adjusted by moving the contact pressure of the contour of the mold, in this case the web 18 is tensioned by means of the gripper 1. The laying of the web 18 may be computer controlled and monitored with a camera, for example, for crevices or wrinkles, and the grippers 1 controlled accordingly to prevent errors in matching the web 18 to the mold 9. In this case, an automatic compensation of the differences in length in the web by the gripper to avoid wrinkles in the tray takes place. After the web 18 has been deposited, the grippers 1 can return to a pickup position and pick up a new web 18. The necessary for the storage of semi-finished fiber on a non-developable geometry steps and components are spatially and temporally separated from each other.
Zur Herstellung des Werkstückes 19 können mehrere Lagen der Bahnen 18 übereinander abgelegt werden, wobei sich eine Orientierung der Bahnen 18 zueinander ändern kann. So können die Bahnen 18 beispielsweise auch schräg oder quer zueinander abgelegt werden. Bei den Bahnen 18 handelt es sich bevorzugt um Faserverbundmatten, insbesondere um unidirektionale Faserverbundmatten - also Matten mit im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Fasern, die in einer Matrix, beispielsweise aus Harz, Klebestoff oder einem thermoplastischen Material, eingebettet sind.For the production of the workpiece 19, a plurality of layers of the webs 18 can be stored one above the other, wherein an orientation of the webs 18 to each other can change. Thus, the webs 18, for example, also be placed obliquely or transversely to each other. The webs 18 are preferably fiber composite mats, in particular unidirectional fiber composite mats - ie mats with substantially parallel fibers embedded in a matrix, for example of resin, adhesive or a thermoplastic material.
An dieser Stelle sei auch erwähnt, dass es von Vorteil ist, wenn ein Anpressen der Bahn 18 an die Form 9 in einem mittleren Bereich der Form 9 bzw. dem höchsten Punkt der Form 9 beginnt, da sich auf diese Weise eine höhere Legegenauigkeit erzielen lässt.It should also be mentioned at this point that it is advantageous if pressing of the web 18 onto the mold 9 begins in a middle region of the mold 9 or the highest point of the mold 9, since in this way a higher level of accuracy can be achieved ,
Die Form 9 kann vordem Ablegen der Bahn in eine gewünschte Position gedreht bzw. gegenüber der Bahn 18 ausgerichtet werden. Darüber hinaus können die Form 9 und/oder der Anpresskopf 14 beheizt sein, um ein Verbinden (Laminieren) einzelner übereinander abgelegter Lagen von Bahnen 18 miteinander zu erleichtern bzw. zu ermöglichen.The mold 9 can be rotated before depositing the web into a desired position or aligned with respect to the web 18. In addition, the mold 9 and / or the pressing head 14 may be heated in order to facilitate a connection (laminating) of individual superimposed layers of webs 18 together.
Um eine gute Längsverschiebbarkeit von Faserbündeln der Bahn 18, die von unterschiedlichen benachbarten Segmenten 5, 6 der Greifer 1 eingeklemmt sind, zu gewährleisten können vor Schritt ii) in die Bahn 18 zueinander parallele Schnitte eingebracht werden. Der Abstand zwischen zwei Schnitten kann der Länge eines Segmentes 5, 6 entsprechen oder aber auch kleiner oder größer sein. Unidirektionale Faserhalbzeuge, wie sie hierfür die Bahn 18 verwendet werden können, werden in der Regel durch Klebefäden oder Nähfäden stabilisiert, damit das Material gut handhabbar ist. Diese Fäden behindern aber die Verschiebbarkeit der einzelnen Rovings der Bahn zueinander. Deshalb ist es sinnvoll, diese Kettfäden in Bereichen mit hohem Umformgrad vorher zu durchtrennen. Dies kann bei der erfindungsgemäßen Anlage beispielsweise mittels eines CNC Cutters, der Längs zur Faser die Fixierfäden durchtrennt, ohne dabei die Faserstruktur wesentlich zu schädigen, erfolgen. Außerdem kann der Cutter das Halbzeug in die aktuell benötigte Bahnlänge auftrennen. Auf diese Weise können handelsübliche Halbzeuge einfach nach den aktuellen Erfordernissen maßgeschneidert werden. Weiters kann das Material Längenunterschiede in einer Ablegerichtung auf der Oberfläche der Form ausgleichen, indem einzelne Faserbündel aneinander abgleiten können (Verformung durch Scherung).In order to ensure a good longitudinal displacement of fiber bundles of the web 18, which are clamped by different adjacent segments 5, 6 of the gripper 1, prior to step ii) in the web 18 parallel cuts are introduced. The distance between two sections may correspond to the length of a segment 5, 6 or else be smaller or larger. Unidirectional semi-finished fiber products, as they can be used for the web 18, are usually stabilized by adhesive threads or sewing threads, so that the material is easy to handle. However, these threads hinder the mobility of the individual rovings of the web to each other. Therefore, it makes sense to cut these warp threads in areas with high degree of deformation before. In the case of the system according to the invention, this can be done, for example, by means of a CNC cutter, which cuts through the fixing threads longitudinally to the fiber without significantly damaging the fiber structure. In addition, the cutter can divide the semi-finished product into the currently required track length. In this way, commercial semi-finished products can be easily tailored to the current requirements. Furthermore, the material can compensate for differences in length in a direction of deposition on the surface of the mold by allowing individual fiber bundles to slide against each other (deformation by shearing).
Bezugszeichenliste 1 Greifer 2 Klemmelement 3 Klemmelement 4 Klemmspalt 5 Segment 6 Segment 7 Aktor 8 Vorrichtung 9 Form 10 Portal 11 Längsträger 12 Querträger 13 Führung 14 Anpresskopf 15 Anpressrolle 16 Halterung 17 Speicherrolle 18 Bahn 19 WerkstückList of Reference Numerals 1 Gripper 2 Clamping element 3 Clamping element 4 Clamping gap 5 Segment 6 Segment 7 Actuator 8 Device 9 Form 10 Portal 11 Longitudinal member 12 Cross member 13 Guide 14 Pressing head 15 Pressing roller 16 Holder 17 Storage roller 18 Path 19 Workpiece
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20220512 |